Математические модели и методы интегрирования

Согласно теореме Ховарда о полукруге, в плоско-параллельном сдвиговом течении V_x = U(z) вещественная часть фазовой скорости c неустойчивого возмущения ~ f(z)exp[ik(x-ct)] лежит в интервале между минимумом и максимумом скорости течения и совпадает с ней на некотором критическом уровне (КУ) z=z_c, Re c = U(z_c). В узкой окрестности КУ, — критическом слое (КС), — жидкие частицы находятся в фазовом резонансе с волной и интенсивно взаимодействуют с ней. В случае идеализированной постановки задачи, не принимающей во внимание диссипацию (вязкость), нестационарность и нелинейность, собственная функция возмущения f(z) имеет особенность на КУ. Учет любого из перечисленных факторов делает решение регулярным, но относительная величина возмущения внутри КС остается большой. Поэтому главные нелинейные взаимодействия происходят внутри КС, что существенно облегчает построение слабо-нелинейной теории эволюции неустойчивого возмущения.

С каждым из указанных факторов связан свой масштаб длины, 
— вязкий, L_ν = (k^3 Re)^{-1/3} = O(ν^{1/3}),
— нестационарный L_t = |(kU'_c A)^{-1} d|A|/dt| = O(γ)
— нелинейный L_N ~ |A/U'_c|^δ,

где Re – число Рейнольдса, A(t) – амплитуда волны, δ – показатель, зависящий от поведения f(z) на КУ. Больший из этих масштабов определяет не только ширину КС, но и характер решения внутри него. Поэтому уместно различать вязкий, нестационарный и нелинейный КС, имея при этом в виду, что в ходе эволюции возмущения соотношение масштабов и вид КС могут измениться. 

Анализ показывает, что возможные сценарии эволюции исчерпываются небольшим числом принципиально отличающихся вариантов. Осуществление того или иного сценария зависит, главным образом, от степени надкритичности исходного неустойчивого течения и от характера особенности f(z) на КУ.